Thèse Doctorat cherroun

République Algérienne Démocratique et Populaire
Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique
Université Mohamed Khider - Biskra
Faculté des Sciences et de la Technologie
Département de Génie Electrique
N° d'ordre :……….
Série :………….….
THÈSE
Présentée pour obtenir le diplôme de Doctorat en Sciences
Spécialité: AUTOMATIQUE
Par:
CHERROUN Lakhmissi
Thème :
Navigation A utonome d’un Robot Mobile
par des Techniques Neuro-Floues
Soutenu publiquement le : 22 / 05 / 2014 devant les membres de Jury :
KAZAR Okba
Président de jury Professeur
Université de Biskra
BOUMEHRAZ Mohamed
Rapporteur Professeur
Université de Biskra
BENOUDJIT Nabil Examinateur Professeur
Université de Batna
GUESMI Kamel Examinateur Maître de Conférences
Université de Djelfa
GUESBAYA Tahar Examinateur Maître de Conférences
Université de Biskra
HAFAIFA Ahmed Examinateur Maître de Conférences
Université de Djelfa

Remerciements
Avant tous, Je remercie le Dieu le tout puissant de m'avoir donné le courage, la patience et
la force durant toutes ces années d'étude.
Je tiens à remercier vivement mon encadreur Monsieur Mohamed BOUMEHRAZ,
Professeur à l’université de Biskra pour m’avoir dirigé et soutenu au cour de la réalisation de ce
travail. Son esprit scientifique et compréhensif qui m’a beaucoup aidé. Sa disponibilité et ses
conseils ont été indispensable à la concaténation de ce travail.
J’ai été profondément honoré que Monsieur O. KAZAR, Professeur à l’université de
Biskra, ait accepté de présider ce jury.
Je mesure tout l'honneur qu'à bien voulu me faire Monsieur N. BENOUDJIT, Professeur à
l'université de Batna en acceptant d'examiner cette thèse. Qu'il trouve ici l'expression de mon
profond respect.
Je tien à remercier vivement Monsieur K. GUESMI, Maître de conférences à l’université
de Djelfa, qui m’ont fait l’honneur d’examiner mon travail.
Que Monsieur T. GUESBAYA, Maître de conférences à l’université de Biskra, trouve ici
l’expression de mes sincères remerciements pour l’intérêt qu’il a porté à ce travail en acceptant
de l’examiner.
Mes sincères remerciements vont aussi à Monsieur A. HAFAIFA, Maître de conférences à
l’université de Djelfa, d'avoir accepté de faire partie de ce jury qu'il trouve ici l'expression de
mon respect.
Que tous mes amis et collègues trouvent ici le témoignage de mon amitié et de ma
reconnaissance .
Enfin, une reconnaissance et des remerciements particuliers à toute ma famille pour leur
soutien permanant le long de mes études.

Dédicace
Je dédie ce travail:
A mes Parents, que le Dieu me les gardes,
A ma Femme et mon fils Imad-Eddine,
A mes frères et mes sœurs,
A la Mémoire de ma Grande Mère,
A tout les membres de ma Grande Famille
….

Table des matières
Liste des figures
............................................................................................................................ I
Liste des tableaux
......................................................................................................................... II
Liste des alg
orithmes
.................................................................................................................... III
Introduction Générale.................................................................................................................. 01
Chapitre I: Navigation Autonome d'un Robot Mobile
I.1 Introduction ………………………………………………………………………………..… 04
I.2 Autonomie d'un robot mobile………………………………………………………………… 05
I.3 Classification des robots mobiles ……………………………………………………………. 06
I.3.1 Robot mobile à roues ……………………….…………….………………………… 06
I.3.2 Robot mobile utilisant la chenille ………………………………………………….. 08
I.3.3 Robot mobile à pattes ……………………………………………………………….. 08
I.3.4 Autres moyens de locomotion ………………………….…………………………... 08
I.4 Les capteurs comme sources d’informations ………………………………………………... 08
I.5 Navigation autonome d'un robot mobile ……………………………………………………. 09
I.5.1 Planification de mouvement ………………………………………………………... 10
I.5.2 Localisation …………………………………………………………………………. 11
I.5.3 Suivi de trajectoire ………………………………………………………………….. 11
I.5.4 Évitement d’obstacles ………………………………………………………………. 11
I.5.5 Parking ……………………………………………………………………………… 11
I.6 Architectures de contrôle des robots mobiles ……………………………………………….. 12
I.6.1 Approche délibérative ……………………………………………………………..... 12
I.6.2 Approche réactive …………………………………………………………………... 13
I.6.3 Approche hybride …………………………………………………………………. .. 15
I.6.4 Approche collective……… ……………………………………………………….. . 15
I.7 Conclusion …………………………………………………………………………………… 16
Chapitre II: Les Systèmes d'Inférence Flous
II.1 Introduction …………………………………………………………………………………. 17
II.2 La logique floue et l'ensemble flou …………………………………………………………. 17
II.2.1 Concept de base d'un ensemble flou ……………………………………………….. 18
II.2.2 Fonctions d’appartenance ………………………………………………………….. 18
II.2.3 Variable linguistique ……………………………………………………………..… 19
II.2.4 Opérations sur les ensembles flous ………………………………………………… 20
II.2.5 Raisonnement flou …………………………………………………………………. 22
II.3 Les systèmes d'inférence flous (SIF) ……………………………………………………….. 22
II.4 Représentation mathématique des systèmes flous ………………………………………….. 23
II.4.1 Fuzzification ……………………………………………………………………..… 23
II.4.2 Base de règles floues ………………………………………………………………. 24
II.4.3 Moteur d’inférence floue …………………………………………………………... 24
II.4.3.1 Méthode de Mamdani ……………………………………………………... 24
II.4.3.2 Méthode de Takagi-Sugeno ………………………………………………. 25
II.4.3.3 Méthode de Tsukumoto …………………………………………………… 26
II.5 Approximation des fonctions par les systèmes flous ……………………………………….. 26
II.6 Conclusion
……………………………………………………………………………
27

Chapitre III: Les Réseaux de Neurones Artificiels et l'Apprentissage
par Renforcement
III.1 Introduction ………………………………………………………………………………... 28
III.2 Définitions …………………………………………………………………………………. 28
III.2.1 Intelligence Artificielle (IA) ………………………………………………………. 28
III.2.2 Agent ……………………………………………………………………………… 28
III.2.3 Apprentissage …………………………………………………………………...… 29
III.3 Réseaux de neurones artificiels (RNA) ……………………………………………………. 30
III.3.1 Structure d'un neurone …………………………………………………………… 31
III.3.2 Fonctions d’activation ………………………………………………………......... 32
III.3.3 Structures d'interconnexion ………………………………………………………. 33
III.3.4 Apprentissage des RNA ………………………………………………….…….… 34
III.3.5 Les RNA pour la commande des processus ………………………………..……. 35
III.3.5.1 Identification par RNA ………………………………………………….. 35
III.3.5.2 Commande par RNA …………………………………….……………….. 36
III.4 Apprentissage par renforcement AR……………………………………………………..... 37
III.4.1 Définition et principe ……………………………………………………………... 37
III.4.2 Processus de décision markoviens (PDM) ……………………………………….. 38
III.4.3 Propriété de Markov ………………………………………………………….….... 38
III.4.4 Politique …………………………………………………………………………... 38
III.4.5 Fonction valeur ……...…………………………………………………………….. 39
III.4.6 Equation d’optimalité de Bellman ………………………………………..………. 39
III.4.7 Programmation dynamique (PD) …………………………………………………. 41
III.4.8 Méthode de Monte Carlo ………………………………………………………….. 41
III.4.9 Les méthodes de différence temporelle …………………………………………… 42
III.4.9.1 Algorithme TD(0) ……………...……...…………………………..……... 42
III.4.9.2 Algorithme SARSA …………………………..………………………….. 43
III.4.9.3 Algorithme Q-Learning ………………………..………………………… 43
III.4.10 Choix d'action (dilemme Exploration-Exploitation) …………………………….. 45
III.4.11 Traces d’éligibilité ………………………………………………………………. 46
III.4.12 Applications et limitations de l’apprentissage par renforcement ……………...… 47
III.5 Conclusion …………………………………..………………………………………
48
Chapitre IV: Navigation Autonome par des Contrôleurs Flous
IV.1 Introduction ………………………………………………………………………………... 49
IV.2 Navigation basée sur les comportements …………………………..……………………… 50
IV.3 Navigation basée sur les comportements flous ……………………..……………………... 51
IV.4 Modèle du robot mobile …………………………………………………………………… 52
IV.5 Conception des comportements flous ……………………………………………………... 53
IV.5.1 Comportement de navigation vers un but (recherche d'une cible) ………………... 54
IV.5.2 Comportement d'évitement d'obstacles …………………………………………… 56
IV.5.2.1 Evitement d’obstacles par mesure de distance et de l'angle …..……..…... 56
IV.6 Résultats de simulation …………………………………………………………………….. 57
IV.6.1 Comportement de convergence vers un but ………...…………………………….. 57
IV.6.2 Comportement d'évitement d'obstacles ……………...……………………………. 59
IV.7 Navigation avec évitement d’obstacles (2
ème
application) ………………………………… 60
IV.7.1 Résultats de simulation …….……………………………………………………... 63
IV.8 Conclusion
…………………………………………………………………………..
64